CN112557733A - 一种电流检测功率器件、锂电池保护器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于锂电保护的电流检测功率器件，该器件电性连接锂电池保护板、锂电池保护器及电子设备，该器件由多个结构相同的功率器件并联集成而成；该器件至少包括一颗主功率器件和至少一颗电流检测器件，其中，主功率器件和电流检测器件共用漏极作为输入端，且共用栅极作为控制端；主功率器件和电流检测器件各自有独立的源极作为输出端。本发明提供的用于锂电保护的电流检测功率器件密度高、面积小，用在锂电保护电路中能够解决取样电阻的电阻值影响回路中的总电阻值，而导致整机待机时间下降的问题。

Description

一种电流检测功率器件、锂电池保护器及电子设备
技术领域
本发明涉及锂电保护领域，尤其涉及一种用于锂电保护的电流检测功率器件、锂电池保护器及电子设备。
背景技术
现有技术中的一种锂电池充电保护电路，如图1所示，包括锂电池保护板、电阻R2、MOS管Q1和MOS管Q2。在图1中，锂电池保护板的放电控制端DO接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源极接锂电池负极，MOS管Q1的漏极接MOS管Q2的漏极；锂电池保护板的充电控制端CO接MOS管Q2的栅极，MOS管Q2的源极接电阻R2的一端和充电电路的负输出VCC-；电阻R2的另一端接锂电池保护板的第一检测端VM。
在现有技术中，锂电池保护板的第一检测端VM通常通过电阻R2来检测充电电流，但是R2必须采用高精度电阻，成本高，电流检测精度受制于R2的精度；而且这种电路结构的反应速度也不快。并且对于大容量的电池来说，取样电阻的电阻值会极大的增加整个回路中的总电阻值，从而增加系统的功耗，极大的降低了整机的待机时间。
发明内容
发明提供一种用于锂电保护的器件，解决现有技术中，取样电阻的电阻值影响回路中的总电阻值，而导致整机待机时间下降的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述器件由多个结构相同的功率器件并联集成而成；所述用于锂电保护的电流检测功率器件至
少包括一颗主功率器件和至少一颗电流检测器件，其中，所述主功率器件和所述电流检测器件共用漏极作为输入端，且共用栅极作为控制端；所述主功率器件和所述电流检测器件各自有独立的源极作为输出端。
进一步的，所述多个结构相同的功率器件均为表面电极下拉结构。
进一步的，所述表面电极下拉结构为Body下拉结构。
进一步的，所述Body下拉结构的功率器件包括：
P型衬底；
栅极，分别位于所述栅极两侧的源极和漏极；
位于P型衬底底部的Body区域；
其中，所述栅极、所述源极和所述漏极从所述器件的表面引出；所述Body区域从所述器件的底部引出。
进一步的，所述表面电极下拉结构为漏极下拉结构。
进一步的，所述漏极下拉结构的功率器件包括：
BN区域；
位于所述BN区域上方的N型阱区；
位于所述N型阱区的深孔区域，所述深孔区域连接所述BN区域，且在所述深孔区域填充金属引出漏极，从而使得漏极N+区域与所述BN区域导通。
进一步的，所述多个结构相同的功率器件均为栅极沟槽(Trench)结构。
进一步的，所述栅极Trench结构的功率器件包括：
BN区域；
位于所述BN区域上方的N型阱区；
位于所述N型阱区中部的漏极；
位于所述漏极两侧，且与所述漏极反向设置的第一栅极区域和第二栅极区域，所述第一栅极区域和所述第二栅极区域均为Trench结构。
进一步的，所述器件电流从所述源极的有源区N+区域流入，然后绕过两侧Trench结构的栅极，最后被漏极区的N型源区N+收集。
进一步的，所述电流检测器件的源极端连接锂电池保护板的电流检测VM端；当所述主功率器件导通时，所述VM端通过所述电流检测器件的源极端直接取样进行电流检测。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是提供一种锂电池保护器，所述锂电池保护器包括前述的用于锂电保护的电流检测功率器件。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是提供一种电子设备，所述电子设备包括前述的锂电池保护器。
本发明的有益效果是：本发明提供一种用于锂电保护的电流检测功率器件，通过将多个MOS功率器件集成在一个功率器件中，本发明中的功率器件在锂电池保护电路中使用，可以在电路中不使用高精度电阻，且同时可以满足最大电流精度要求，不仅降低了成本，还提高了电流检测精度，同时还具有反应速度快的优点。
附图说明
图1是传统锂电池充电保护电路示意图；
图2是本发明中锂电池充电保护电路示意图；
图3是本发明中用于锂电保护的电流检测功率器件中单个器件的结构示意图；
图4是本发明中用于锂电保护的电流检测功率器件的结构示意图；
图5本发明中用于锂电保护的电流检测功率器件中单个器件的另一结构示意图；
图6是本发明中用于锂电保护的电流检测功率器件的另一结构示意图；
图7本发明中用于锂电保护的电流检测功率器件中单个器件的另一结构示意图；
图8是本发明中用于锂电保护的电流检测功率器件的另一结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图2所示，本实施例中用于锂电保护的电流检测功率器件电性连接锂电池保护板，本功率器件由多个结构相同的功率器件并联集成而成；在本实施例中，用于锂电保护的电流检测功率器件由一颗主功率器件FET1和一颗电流检测器件FET2并联和集成而成，其中主功率器件FET1和电流检测器件FET2漏极相连，二者共用漏极作为输入端，并且二者共用栅极作为控制端，其中主功率器件FET1的栅极连接锂电池保护板的DO端，电流检测器件FET2的栅极连接锂电池保护板的CO端；主功率器件FET1和电流检测器件FET2各自有独立的源极作为输出端，其中，主功率器件FET1的源极S1连接电池负极，电流检测器件FET2的源极CS连接锂电池保护板的电流检测VM端，当主功率器件FET1导通时，VM端通过电流检测器件FET2的源极CS端直接取样进行电流检测。
组成本实施例中的用于锂电保护的电流检测功率器件是由多个结构相同的功率器件并联集成而成，其中，结构相同的每个功率器件均为表面电极下拉结构，包括Body下拉结构，以及漏极下拉结构。
如图3和图4所示，图3是用于锂电保护的电流检测功率器件中单个器件的结构示意图；图4是用于锂电保护的电流检测功率器件的结构示意图。
在图3中，单个器件包括P型衬底，从器件表面引出的栅极、源极和漏极，其中，源极和漏极位于栅极的两侧；Body区域位于P型衬底底部，Body区域从器件底部引出。在器件底部实现Body区域引出，而源极和漏极的引出在器件的表面，如此一方面提高了器件的可靠性，另一方面减小了器件的面积。
进一步的，本实施例中的器件包括第一N型阱区101和第二N型阱区102，其中第一N型阱区设置第一N+接触区103，第二N型阱区设置第二N+接触区104；其中漏极从第一N+接触区103引出，源极从第二N+接触区104引出。
器件还包括第一STI区域105和第二STI区域106，其中第一STI区域105位于第一N型阱区101的另一侧，第二STI区域106位于第二N型阱区102的另一侧。
电流在器件中的流经路径为：电流从每个器件的Drain端流入，向下经过Body区域后，再向上从Source端流出。
本实施例中的器件通过将Body区域从器件的表面引出改成从器件底部引出，并且Body区域与器件的P型衬底两侧边缘齐平，源极和漏极的引出在器件的表面，这样不仅提高了器件的可靠性，还减小了器件的面积，从而为多个器件的集成提供了条件。
请参阅图4，多个器件集合在同一芯片上，每个器件的原包由中间的栅极，以及栅极两侧的漏极和源极组成；多个器件并联时，如果两个器件的漏极相邻，则将两个器件的漏极合并成一个漏极；且如果两个器件的源极相邻，则将两个器件的源极合并成一个源极。
本实施例中的用于锂电保护的器件，通过将多个器件集合在同一芯片上，并将多个器件的Body下拉，从器件的底部接出，缩小了器件的面积；多个器件并联时，将相邻器件的同极合并，进一步缩小了器件的面积，符合不断提高的密度要求。
如图5和图6所示，图5是用于锂电保护的电流检测功率器件中单个器件的另一结构示意图；图6是用于锂电保护的电流检测功率器件的另一结构示意图。
如图5所示，单个器件包括BN区域，注入N型阱区并经过一段热过程扩散形成最终的N型阱区，N型阱区位于BN区域上方；器件中还包括设置在位于N型阱区的Drain区域，在Drain区域打开一个深孔区域，连接BN区域，在深孔区域中填充金属引出，使得电流从N+PB中流出后直接流入BN端，然后通过BN端的Drain孔引出。
本实施例中的器件包括第一P型阱区201和第二P型阱区202，其中第一P型阱区201和第二P型阱区201分别位于深孔区域两侧。在第一P型阱区201包括第一N型源区203和第一P+型接触区204，其中第一N型源区203和第一P+型接触区204并排排列；在第二P型阱区202包括第二N型源区205和第二P+型接触区206，其中第二N型源区205和第二P+型接触区206并排排列。
器件还包括第一源极207，第一源极207从第一N型源区203和第一P+型接触区204引出；第二源极208，第二源极208从第二N型源区205和第二P+型接触区206引出。第一栅极209，第一栅极209位于第一源极207和漏极之间；第二栅极210，第二栅极210位于第二源极208和漏极之间。
本实施例中的器件通过在器件的Drain区域打开一个深孔区域，在深孔区域中填充金属引出，使得电流从N+PB中流出后直接流入BN端，然后通过BN端的Drain孔引出，这样一来缩小了器件的面积，但是对于Drain引出的BN区域来说反而扩大了电流的引出面积降低了导通电阻。
请参阅图6，多个器件集合在同一芯片上，相邻的器件合并相邻的源极，并共用改源极，共用的源极的PB区域设置一个P+和该P+两侧的各一个N+，从而引出各自的源极。因此，多个器件并联集成再同一芯片上，器件面积大大减小。
本实施例中的用于锂电保护的器件，通过将多个器件集合在同一芯片上，并将多个器件的漏极下拉，使得电流从N+PB中流出后直接流入BN端，然后通过BN端的Drain孔引出，这样一来缩小了器件的面积，但是对于Drain引出的BN区域来说反而扩大了电流的引出面积降低了导通电阻。
组成本实施例中的用于锂电保护的电流检测功率器件多个结构相同的器件还可以为栅极Trench结构的器件。如图7和图8所示，图7是用于锂电保护的电流检测功率器件中单个器件的另一结构示意图；图8是用于锂电保护的电流检测功率器件的另一结构示意图。
如图7所示，单个器件包括BN区域，注入N型阱区并经过一段热过程扩散形成最终的N型阱区，N型阱区位于BN区域上方；器件中还包括设置在位于N型阱区中部的漏极区域，漏极区域包含N+接触区以及从N+接触区引出的漏极。在漏极N+接触区的两侧，分别设置第一栅极区域30和第二栅极区域40，第一栅极区域30和第二栅极区域40均为Trench结构。
本本实施例中的器件包括第一P型阱区101和第二P型阱区201，其中第一P型阱区101位于第一栅极区域307的另一侧，第二P型阱区302位于第二栅极区域308的另一侧。在第一P型阱区301中，设置有第一N型源区304和第一P+型接触区域303，并且在第一N型源区304和第一P+接触区域303引出第一源极Source1；在第二P型阱区302中，设置有第二N型源区306和第二P+型接触区305，并且在第二N型源区306和第二P+接触区305引出第二源极Source2。
本实施例中的器件的电流分别从第一P型阱区301和第二P型阱区302的第一N型源区304和第二N型源区306流出，然后绕过两侧的Trench结构的栅极，最后被漏极区的N型源区N+收集。
本实施例中的器件通过将器件的栅极改成Trench结构，从而使器件整体的耐压区域和电流区域从水平方向转向了垂直方向，从而不仅器件整体的面积大大缩小了，且器件的导通电阻也得到改善。
请参阅图8，多个器件并联集合在同一芯片上，每个器件的原包由一个中间的Drain和两个Drain两侧的Source组成；多个器件并排时，每一个器件与相邻的器件共用Source端的P+，共用的Source端包含一个中间的P+和两个两侧的N+；最边缘的Source端包含一个P+和一个N+。
本实施例中的器件的电流分别从漏极Drain端两侧的源极Source端的P型阱区的N型源区N+出，然后绕过两侧的Trench结构的栅极，最后被漏极区Drain的N型源区N+收集。
本实施例中的用于锂电保护的器件，通过将多个器件集合在同一芯片上，并将多个器件的栅极区域设置成Trench结构，从而使器件整体的耐压区域和电流区域从水平方向转向了垂直方向，从而不仅器件整体的面积大大缩小了，且器件的导通电阻也得到改善。
本发明实施例中的用于锂电保护的电流检测功率器件，通过将多个MOS功率器件集成在一个功率器件中，使得器件面积大大缩小；另外，本发明中的功率器件在锂电池保护电路中使用，可以在电路中不使用高精度电阻，且同时可以满足最大电流精度要求，不仅降低了成本，还提高了电流检测精度，同时还具有反应速度快的优点。
本发明实施例还提供一种锂电池保护器，本实施例中的锂电池保护器包括前述实施例中的用于锂电保护的电流检测功率器件。
本发明实施例还提供一种电子设备，本实施例中的电子设备包括前述实施例中的锂电池保护器。本实施例中的电子设备可以是任何包含前述实施例中的锂电池保护器的设备。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述器件由多个结构相同的功率器件并联集成而成；所述用于锂电保护的电流检测功率器件至少包括一颗主功率器件和至少一颗电流检测器件，其中，所述主功率器件和所述电流检测器件共用漏极作为输入端，且共用栅极作为控制端；所述主功率器件和所述电流检测器件各自有独立的源极作为输出端。
2.根据权利要求1所述的用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述多个结构相同的功率器件均为表面电极下拉结构。
3.根据权利要求2所述的用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述表面电极下拉结构为Body下拉结构。
4.根据权利要求3所述的用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述Body下拉结构的功率器件包括：
P型衬底；
栅极，分别位于所述栅极两侧的源极和漏极；
位于P型衬底底部的Body区域；
其中，所述栅极、所述源极和所述漏极从所述器件的表面引出；所述Body区域从所述器件的底部引出。
5.根据权利要求2所述的用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述表面电极下拉结构为漏极下拉结构。
6.根据权利要求5所述的用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述漏极下拉结构的功率器件包括：
BN区域；
位于所述BN区域上方的N型阱区；
位于所述N型阱区的深孔区域，所述深孔区域连接所述BN区域，且在所述深孔区域填充金属引出漏极，从而使得漏极N+区域与所述BN区域导通。
7.根据权利要求1所述的用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述多个结构相同的功率器件均为栅极沟槽(Trench)结构。
8.根据权利要求7所述的用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述栅极Trench结构的功率器件包括：
BN区域；
位于所述BN区域上方的N型阱区；
位于所述N型阱区中部的漏极；
位于所述漏极两侧，且与所述漏极反向设置的第一栅极区域和第二栅极区域，所述第一栅极区域和所述第二栅极区域均为Trench结构。
9.根据权利要求7所述的用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述器件电流从所述源极的有源区N+区域流入，然后绕过两侧Trench结构的栅极，最后被漏极区的N型源区N+收集。
10.根据权利要求9所述的用于锂电保护的电流检测功率器件，其特征在于，所述电流检测器件的源极端连接锂电池保护板的电流检测VM端；当所述主功率器件导通时，所述VM端通过所述电流检测器件的源极端直接取样进行电流检测。
11.一种锂电池保护器，其特征在于，所述锂电池保护器包括权利要求1至权利要求10任一一项权利要求所述的用于锂电保护的电流检测功率器件。
12.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求11所述的锂电池保护器。
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